可見光通信無線定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可見光通信無線定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各種基于定位的位置服務(wù)系統(tǒng)相繼被不斷推出。當(dāng)前，應(yīng) 用最為廣泛的室外無線定位系統(tǒng)是基于美國的GPS全球定位系統(tǒng)。通過在移動終端內(nèi)設(shè)置 GPS定位模塊，可以在室外為移動終端提供較高的定位服務(wù)。然而，在人們活動較多的家庭 室內(nèi)或者建筑物比較密集的特殊環(huán)境中，GPS信號會受到遮擋，以致于這些特殊環(huán)境的定位 性能較差。
[0003] 近年來，隨著LED綠色光源的可見光通信技術(shù)的發(fā)展和LED綠色光源的不斷普遍 布置，基于可見光通信的定位方法被相繼提出。該可見光通信定位通過將各LED綠色光源 的位置信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光信號后，由LED綠色光源將可見光線發(fā)射出去，然后由移動終端 接收該光線，并轉(zhuǎn)換、提取光線信號中的位置數(shù)據(jù)，從而獲得移動終端的當(dāng)前位置。然而，現(xiàn) 有的可見光通信定位單獨依賴于可見光通信進(jìn)行定位，其定位效果有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種既能準(zhǔn)確地獲取當(dāng)前 地理位置，又能夠?qū)崿F(xiàn)豐富信息交互的可見光通信無線定位系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：可見光通信無線定位系統(tǒng)，其特 征在于，包括移動接收端、中繼定位融合裝置和若干發(fā)射端，所述發(fā)射端均勻地分布設(shè)置在 中繼定位融合裝置的周圍；其中，
[0006] 所述發(fā)射端包括微處理器以及分別連接微處理器的LED光源、存儲LED光源地理 位置信息的RFID標(biāo)簽、第一光電信號轉(zhuǎn)換器、第一藍(lán)牙模塊和太陽能電池；所述LED光源上 均勻地設(shè)置若干具有獨立編號的方形LED發(fā)光晶格；所述每個LED發(fā)光晶格內(nèi)均設(shè)置有黑 光LED、藍(lán)光LED、綠光LED和紅光LED，所述黑光LED、藍(lán)光LED、綠光LED和紅光LED分別連 接微處理器；所述LED光源連接太陽能電池；其中，
[0007] 所述微處理器，用以讀取RFID標(biāo)簽內(nèi)存儲的LED光源地理位置信息，并將LED光 源地理位置信分別轉(zhuǎn)換為光信息、二維碼信息和多維彩碼信息，并命令LED發(fā)光晶格執(zhí)行 發(fā)光；
[0008] 所述第一光電信號轉(zhuǎn)換器，用以根據(jù)微處理器的調(diào)制命令，將LED光源地理位置 信息由電信號轉(zhuǎn)換為光信號；
[0009] 所述第一藍(lán)牙模塊，用以接收、檢測移動接收端的藍(lán)牙信號，并將檢測的藍(lán)牙信號 強(qiáng)度值發(fā)送給中繼定位融合裝置；
[0010] 所述LED光源，一方面在LED光源地理位置信息轉(zhuǎn)換為二維碼信息后，根據(jù)微處理 器對LED發(fā)光晶格的發(fā)光或閉光命令，發(fā)出明暗相間的二維碼圖像；另一方面在LED光源地 理位置信息轉(zhuǎn)換為多維彩碼信息后，根據(jù)微處理器分別對黑光LED、藍(lán)光LED、綠光LED和紅 光LED的發(fā)光或閉光命令，發(fā)出由不同顏色組成的多維彩碼圖像；
[0011] 所述移動接收端包括中央處理器以及分別連接中央處理器的GPS定位模塊、光信 號接收器、信號放大器、濾噪器、信號比較器、第二光電信號轉(zhuǎn)換器、攝像頭、LTE通信模塊、 第二藍(lán)牙模塊、位置匹配器和顯示屏；所述信號放大器分別連接光信號接收器和濾噪器，所 述信號比較器連接濾噪器和第二光電信號轉(zhuǎn)換器；所述位置匹配器分別連接第二光電信號 轉(zhuǎn)換器和顯示屏，所述顯示屏連接攝像頭，所述GPS定位模塊連接LTE通信模塊和顯示屏； 其中，所述GPS定位模塊，用以在室外環(huán)境時獲取移動接收端的位置信息，并由顯示屏顯示 位置；
[0012] 所述光信號接收器，用以接收各發(fā)射端中LED光源發(fā)出的光信號，并發(fā)送接收的 光信號給信號放大器進(jìn)行放大處理；
[0013] 所述濾噪器，用以對放大后的光信號濾噪，然后發(fā)送給信號比較器作出判斷：當(dāng)光 信號強(qiáng)度超過預(yù)設(shè)閾值時，則將判斷結(jié)果發(fā)送給第二光電信號轉(zhuǎn)換器，啟動光電轉(zhuǎn)換；
[0014] 所述第二光電信號轉(zhuǎn)換器，用以將接收的光信號轉(zhuǎn)換為LED光源地理位置的電信 號，由顯示屏根據(jù)位置匹配器對電信號的匹配結(jié)果顯示該LED光源的地理位置；
[0015] 所述攝像頭，用以掃描LED光源發(fā)出的二維碼圖像或者多維彩碼圖像，并由中央 處理器提取二維碼圖像或多維彩碼圖像中的LED光源地理位置信息；
[0016] 所述第二藍(lán)牙模塊，用以將濾噪器處理后的各發(fā)射端的光信號強(qiáng)度值發(fā)送給中繼 定位融合裝置；
[0017] 所述中繼定位融合裝置包括融合處理模塊和第三藍(lán)牙模塊，第三藍(lán)牙模塊分別連 接第一藍(lán)牙模塊、融合處理模塊和第二藍(lán)牙模塊；
[0018] 所述融合處理模塊，接收移動接收端發(fā)送來的各發(fā)射端的光信號強(qiáng)度值，并根據(jù) 接收的各光信號強(qiáng)度值，計算移動接收端當(dāng)前所處的地理位置，并經(jīng)第三藍(lán)牙模塊發(fā)送給 移動接收端；其中，計算移動接收端當(dāng)前地理位置的過程依次包括如下步驟：
[0019] (1)設(shè)定各發(fā)射端分別為R1、R2、R3、R 4.....Rn，發(fā)射端R1、R2、R3、R 4.....&的地理坐 標(biāo)分別為（X1, Y1, Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, z3)、（x4, y4, Z4)、· · ·、（xN, yN, zN)，融合處理模塊在時 間段T內(nèi)接收到的各發(fā)射端的光信號強(qiáng)度值分別為pn, p12, p13, . . .，p1M;p 21，p22, p23, . . .，p2M; P31，P32, P33，. . .，Pm;. . . ;P m，Pn2, Pn3，. . .，Pnm;移動接收立而的參考地理坐標(biāo)為（X，y，z)，移動 接收端的實際地理坐標(biāo)為（XR，y R，ZR)，N34, M31 ;
[0020] (2)根據(jù)融合處理模塊在時間段T內(nèi)接收到的各發(fā)射端的光信號強(qiáng)度值，計算每 個發(fā)射端的光信號強(qiáng)度值的信號強(qiáng)度均方根值P 1;其中，
[0022] 其中，Pi表不發(fā)射端Ri的光信號強(qiáng)度值的均方根值，p i_j表不發(fā)射端Ri的某一個光 信號強(qiáng)度值；
[0023] (3)根據(jù)接收到的各發(fā)射端的光信號強(qiáng)度均方根值Pl、p2、p 3、p4.....pN，選取信號 強(qiáng)度均方根值大小位于前四位的值Pi、P2、P;?和P 4;
[0024] (4)根據(jù)各發(fā)射端的信號強(qiáng)度均方根值Pl、p2、？ 3和p 4，分別獲取發(fā)射端L R2、R3 和R4到移動接收立而的距1? d p d2、(13和d 4;其中，
[0027] 其中，P1為發(fā)射端R i的光信號強(qiáng)度均方根值，η是路徑損耗指數(shù)，ξ為滿足高斯 分布的隨機(jī)數(shù)，其均值為零，山為發(fā)射端R jlj移動接收端的距離，d。為參考距離，ρ。為距 離移動接收端d。處的信號強(qiáng)度值，V為距離估計誤差，是一個數(shù)值為正數(shù)的隨機(jī)變量，且
[0028] (5)根據(jù)發(fā)射端 R!、R2、私和 R 4的地理坐標(biāo)（X !，y!，Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, Z3)和 (x4, y4, z4)，以及獲取的距離山、d2、(13和d 4，求解移動接收端的參考地理坐標(biāo)（x, y, z)，求解 過程包括：
[0029] (a)對發(fā)射端札、R2、私和R4以三個為一組，進(jìn)行分組，獲得四組發(fā)射端組合： Ri(xl，y"l，Z1)、R2(X2，y"2，Z2)渾口 R3(X3，y"3，Z3)，Ri(Xl，y"l，Z1)、R2( X2，y"2，Z2)渾口 R4(X4，5^4，Z4)， R1 (X1, y!，Z1)、R3 (x3, y3, z3)和 R4 (x4, y4, z4)，R2 (x2, y2, z2)、R3 (x3, y3, z3)和 R4 (x4, y4, z4);
[0030] (b)根據(jù)發(fā)射端 R!、R2、私和尺4的地理坐標(biāo)（x !，y!，Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, z3)、 (x4, y4, z4)及距離山、(12、(13和d 4，分別計算移動接收端的第一地理坐標(biāo)（x'，y'，z'）、第二地 理坐標(biāo)0^"，7"，2"）、第三地理坐標(biāo)0^'，7"'， 2"'）和第四地理坐標(biāo)0^"，7""，2""）； 其中，
[0035] (C)根據(jù)獲取的移動接收端的第一地理坐標(biāo)〇^'，7'，2'）、第二地理坐標(biāo) 〇^，7"，2"）、第三地理坐標(biāo)〇^'，7"'，2"'）和第四地理坐標(biāo)〇^"， 7""，2""），計算移動 接收端的參考地理坐標(biāo)（x，y，z);其中，
[0037] (6)根據(jù)步驟（5)中計算的移動接收端的第一地理坐標(biāo)（x'，y'，z'）、第二地理坐 標(biāo)〇^，7"，，）、第三地理坐標(biāo)〇^'，7"'，2"'）和第四地理坐標(biāo)〇^"， 7""，2""）以及獲 取的移動接收端的參考地理坐標(biāo)（x，y，z)，計算移動接收端實際地理坐標(biāo)（xR，yR，z R)的定 位誤差Δχ, Ay, Δζ，其中：
[0042] (7)根據(jù)計算的移動接收端的參考地理坐標(biāo)（x，y，z)以及計算的定位誤差 Δχ, Ay, Δζ，計算移動接收端的實際坐標(biāo)（xR，yR，zR):
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：各發(fā)射端地理位置經(jīng)第一光電信號轉(zhuǎn)換器 由電信號轉(zhuǎn)為光信號后，由微處理器命令LED發(fā)光晶格內(nèi)的黑光LED、藍(lán)光LED、綠光LED和 紅光LED根據(jù)調(diào)制后的光信號情況發(fā)光，以照射出含有發(fā)射端地理位置的多維彩碼或二維 碼，由移動接收終